בתוך אסטרואידים עתיקים, קרני גמא יצרו אבני בניין של חיים

בשנת 2021, משימת החלל Hayabusa2 העבירה בהצלחה פת מהאסטרואיד 162173 Ryugu לכדור הארץ - חמישה גרם מהחומר העתיק והבתולי ביותר שנשאר מהיווצרות מערכת השמש לפני 4.5 מיליארד שנים. באביב האחרון גילו מדענים כי ההרכב הכימי של האסטרואיד כולל 10 חומצות אמינו, אבני הבניין של חלבונים. התגלית הוסיפה לעדויות כי ייתכן שהמרק הקדמוני שממנו צמחו החיים על כדור הארץ היה מתובל בחומצות אמינו מחתיכות אסטרואידים.

אבל מאיפה הגיעו חומצות אמינו אלו? חומצות האמינו הזורמות דרך המערכות האקולוגיות שלנו הן תוצרים של חילוף חומרים תאי, בעיקר בצמחים. איזה מנגנון לא ביולוגי יכול היה להכניס אותם למטאוריטים ואסטרואידים?

מדענים חשבו על כמה דרכים, ו עבודה אחרונה על ידי חוקרים מיפן מצביע על מנגנון חדש ומשמעותי: מנגנון שמשתמש בקרני גמא ליצירת חומצות אמינו. הגילוי שלהם גורם לסבירות גבוהה עוד יותר שמטאוריטים יכלו לתרום למקור החיים על פני כדור הארץ.

למרות המעטפת שלהן כחלק חיוני מהכימיה של החיים, חומצות אמינו הן מולקולות פשוטות שניתן לבשל ללא אמנות מתרכובות פחמן, חמצן וחנקן אם יש מספיק אנרגיה. לפני שבעים שנה, ניסויים מפורסמים של סטנלי מילר והרולד אורי הוכיחו כי פריקה חשמלית בתערובת גזית של מתאן, אמוניה ומימן (שבאותה תקופה חשבו בטעות לחקות את האטמוספירה המוקדמת של כדור הארץ) היא כל מה שנדרש כדי ליצור תערובת של תרכובות אורגניות שכללו חומצות אמינו. עבודות מעבדה מאוחרות יותר העלו כי חומצות אמינו עלולות להיווצר גם במשקעים ליד פתחי אוורור הידרותרמיים על קרקעית הים, וכן גילוי בשנת 2018 אישר שזה קורה לפעמים.

האפשרות שאולי חומצות האמינו המקוריות הגיעו מהחלל החלה לתפוס לאחר 1969, כאשר שני מטאוריטים גדולים - מטאוריט מורצ'יסון במערב אוסטרליה ומטאוריט אלנדה במקסיקו - התאוששו מיד לאחר פגיעתם. שניהם היו כונדריטים פחמניים, מחלקה נדירה של מטאוריטים הדומה ל-Ryugu שלדעת מדענים הצטברו מגופים קפואים קטנים יותר לאחר שמערכת השמש נוצרה לראשונה. שניהם גם הכילו כמויות קטנות אך משמעותיות של חומצות אמינו, אם כי מדענים לא יכלו לשלול את האפשרות שחומצות האמינו היו מזהמים או תוצרי לוואי של השפעתן.

ובכל זאת, מדעני החלל ידעו שגופי האבק הקפואים שיצרו כונדריטים פחמניים עשויים להכיל מים, אמוניה ומולקולות פחמן קטנות כמו אלדהידים ומתנול, כך שהמרכיבים היסודיים של חומצות אמינו היו קיימים. הם נזקקו רק למקור אנרגיה כדי להקל על התגובה. עבודה ניסיונית העלתה שקרינה אולטרה סגולה מסופרנובות הייתה יכולה להיות חזקה מספיק כדי לעשות זאת. התנגשויות בין גופי האבק יכלו גם לחמם אותם מספיק כדי לייצר אפקט דומה.

"אנחנו מכירים הרבה דרכים לייצר חומצות אמינו באופן אבולוגי", אמר סקוט סנדפורד, אסטרופיזיקאי מעבדה במרכז המחקר איימס של נאס"א. "ואין סיבה לצפות שלא כולם קרו."

כעת צוות חוקרים באוניברסיטה הלאומית של יוקוהמה ביפן בראשות הכימאים יוקו קבוקאווה ו קנסיי קובאיאשי הראו שקרני גמא יכלו לייצר גם את חומצות האמינו בכונדריטים. בעבודתם החדשה, הם הראו שקרני גמא של יסודות רדיואקטיביים בכונדריטים - ככל הנראה אלומיניום-26 - יכולות להמיר את תרכובות הפחמן, החנקן והחמצן לחומצות אמינו.

כמובן, קרני גמא יכולות להרוס תרכובות אורגניות באותה קלות שהיא יכולה ליצור אותן. אבל בניסויים של הצוות היפני, "השיפור של ייצור חומצות אמינו על ידי הרדיואיזוטופים היה יעיל יותר מפירוק", אמר קבוקאווה, כך שקרני הגמא יצרו יותר חומצות אמינו ממה שהרסו. משיעורי הייצור שנצפו בניסויים שלהם, החוקרים חישבו באופן גס מאוד שקרני גמא יכלו להעלות את ריכוז חומצות האמינו באסטרואיד כונדריט פחמני לרמות שנראו במטאוריט מרצ'יסון תוך 1,000 שנים או עד 100,000 שנים. .

מכיוון שקרני גמא, בניגוד לאור אולטרה סגול, יכולות לחדור עמוק אל תוך אסטרואיד או מטאוריט, למנגנון זה יכול להיות רלוונטיות נוספת לתרחישים של מקור החיים. "זה פותח סביבה חדשה לגמרי שבה ניתן לייצר חומצות אמינו", אמר סנדפורד. אם המטאוריטים גדולים מספיק, "החלק האמצעי שלהם יכול לשרוד כניסה לאטמוספירה גם אם החלק החיצוני יתפוגג", הסביר. "אז אתה לא רק מייצר [חומצות אמינו] אלא אתה מייצר אותן בדרך להגיע לכוכב לכת."

אחת הדרישות של המנגנון החדש היא שכמויות קטנות של מים נוזליים חייבות להיות נוכחות כדי לתמוך בתגובות. זה עשוי להיראות כמו מגבלה משמעותית - "אני יכול בקלות לדמיין שאנשים חושבים שמים נוזליים כמעט ולא קיימים בסביבות חלל", אמר קבוקאווה. אבל מטאוריטים של כונדריט פחמני מלאים במינרלים כמו סיליקטים וקרבונטים hydrated הנוצרים רק בנוכחות מים, היא הסבירה, וכמויות זעירות של מים אפילו נמצאו כלואות בתוך כמה מגרגרי המינרלים שבכונדריטים.

מראיות מינרלוגיות כאלה, אמר ואסיליסה וינוגרדוף, אסטרוכימאי באוניברסיטת אקס-מרסיי בצרפת, מדענים יודעים שאסטרואידים צעירים החזיקו כמויות משמעותיות של מים נוזליים. "שלב השינוי המימי של הגופים הללו, כלומר כאשר לחומצות האמינו המדוברות היה סיכוי להיווצר, היה תקופה של כמיליון שנים", אמרה - יותר מזמן מספיק כדי לייצר את כמויות חומצות האמינו שנצפו. במטאוריטים.

סנדפורד מציין כי בניסויים שהוא וחוקרים אחרים ערכו, הקרנה של תערובות קפואות כמו אלו בעננים המולקולריים הבין-כוכביים הקדומים יכולה להוליד אלפי תרכובות רלוונטיות לחיים, כולל סוכרים ונוקלאובסיסים, "וחומצות אמינו נמצאות כמעט תמיד בגוף. לְעַרְבֵּב. אז נראה שהיקום הוא סוג של חוט קשה לייצר חומצות אמינו."

וינוגרדוף הדהד את הדעה הזו ואמר כי המגוון של תרכובות אורגניות שיכולות להיות נוכחות במטאוריטים ידוע כעת כעצום. "השאלה החלה יותר להיות: מדוע המולקולות הללו הן אלו שהוכחו כחשובות לחיים על פני כדור הארץ?" היא אמרה. מדוע, למשל, חיים ארציים משתמשים רק ב-20 מתוך עשרות חומצות אמינו שניתן לייצר - ומדוע הם משתמשים כמעט אך ורק במבנים ה"שמאליים" של אותן מולקולות כאשר תמונת המראה "ימנית" מבנים בצורה טבעית בשפע שווה? ייתכן שאלו התעלומות השולטות במחקרים כימיים על מקורות החיים המוקדמים ביותר בעתיד.